El almacenamiento en baterías es el segmento del mercado de la energía solar que crece con más rapidez, creando nuevos mercados y oportunidades de expansión de la reconversión solar en todo EE.UU. para proyectos renovables grandes y pequeños. Las baterías permiten maximizar el ahorro en la factura eléctrica y proporcionan energía de reserva durante los cortes de red. Todas las instalaciones solares aisladas de la red incluyen una batería, pero cada vez son más los clientes conectados a la red que también las encuentran valiosas. La independencia energética nunca ha sido tan fácil de conseguir, incluso cuando la vivienda sigue conectada a la red.

¿Merecen la pena las pilas domésticas?

El almacenamiento en baterías residenciales es necesario para que una casa alimentada con energía solar siga funcionando durante los cortes de la red y también funcione por la noche. Pero, además, las baterías solares mejoran la economía del sistema al almacenar electricidad solar que, de otro modo, se vendería a la red con pérdidas, sólo para redistribuirla en los momentos en que la electricidad es más cara. El almacenamiento doméstico en baterías protege al propietario de la energía solar de los cortes de suministro y protege la economía del sistema frente a los cambios en las estructuras tarifarias de las compañías eléctricas.

Los clientes que reciben pésimas tarifas de recompra de la compañía eléctrica necesitan almacenar electricidad en casa para que sus sistemas sean rentables. Pero los clientes con medición neta y buenas tarifas de recompra siguen utilizando baterías para los cortes de red, y pueden encontrar un beneficio económico en el abandono de las tarifas solares con medición neta por estructuras de tarifas variables que recompensen el consumo fuera de horas punta, como la recarga nocturna barata de vehículos eléctricos. Los mercados sin medición neta pueden por fin tener energía solar económica, y los clientes con medición neta no necesitan comprar baterías de tamaño fuera de la red para mantener las luces encendidas durante los cortes de la red.

Los propietarios de viviendas esperan que sus paneles solares funcionen durante los cortes de electricidad, y añadir una batería garantiza que se satisfagan las expectativas del cliente. También protege al cliente frente a futuros cambios en la estructura de las tarifas eléctricas.

¿Cuánto cuesta una batería solar doméstica?

Los proyectos de almacenamiento de baterías en el hogar comienzan en 20.000 dólares y pueden encarecerse a partir de ahí. Si añadimos la energía solar, el coste de un sistema de almacenamiento en batería solar de calidad, realizado por profesionales con licencia, puede empezar en 35.000 dólares y superar los 100.000 si se trata de un sistema aislado para toda la casa. Comprender correctamente el diseño de un sistema de baterías es fundamental para realizar un proyecto que cumpla las expectativas del cliente dentro del presupuesto.

Battery projects can be very economic when the utility provides an extremely variable rate structure, such as a high kW demand charge or a <5 hour time-of-use peak electric rate. However, do not discount the value of home energy storage in rural areas where electricity costs might be low, but power outages are somewhat frequent. Likewise, retirees planning to live at home rather than in assisted living facilities want backup power, at least for refrigerators, internet, and a handful of outlets in the kitchen and bedroom. So while some battery projects can outperform solar in terms of economics, other customers are willing to accept longer paybacks for projects with batteries compared to those without.

Factores a tener en cuenta para el almacenamiento de baterías en casa

No todas las tecnologías de almacenamiento en baterías son iguales: esta sección y cada uno de los subapartados siguientes deberían explicar qué merece la pena tener en cuenta a la hora de determinar qué tecnología de baterías elegir para su hogar.

Muchos sistemas de almacenamiento doméstico con baterías de litio vienen con garantías de diez años, pero no todos vienen con garantías de rendimiento que permitan ciclos diarios completos dentro del plazo de garantía. Para los usuarios con tarifas variables o los que carecen de medición neta, es especialmente importante poder utilizar la batería a diario y no sólo como reserva. Del mismo modo, los ciclos de la batería son difíciles de controlar: una garantía de rendimiento basada en kilovatios hora es una garantía mejor definida.

El aspecto de la seguridad contra incendios también es importante: el fosfato de hierro y litio arde a una temperatura mucho más alta que el cobalto de litio. La mayor vida útil y la mayor seguridad contra incendios son las principales razones por las que se prefiere el fosfato de hierro y litio al cobalto de litio.

La facilidad de instalación también es importante. Una batería más grande puede eliminar la necesidad de combinar baterías más pequeñas sobre el terreno. Pero las baterías más pequeñas ofrecen opciones de instalación más flexibles, lo que puede justificar el mayor coste de instalación.

Gestión inteligente de la energía

La llegada de nuevas tecnologías del mercado energético como Lumin han introducido un nuevo hardware que puede conectarse a cualquier sistema eléctrico. Los "circuitos inteligentes" como Lumin pueden beneficiar a cualquier sistema de baterías doméstico, especialmente a uno tan robusto como Fortress, en el que el respaldo de baterías para toda la casa puede hacerse realidad haciendo más inteligentes los circuitos que alimentan las baterías.

Las baterías con diez años de garantía están protegidas contra diversas situaciones de irrupción y sobrecorriente, así como contra la fluctuación de voltajes, mediante su sistema interno de gestión de baterías. En última instancia, el tamaño de la batería debe ser el correcto, tanto para la capacidad total de almacenamiento como para el consumo instantáneo de energía, a fin de garantizar un rendimiento fiable a largo plazo. Un error de diseño común es poner una batería demasiado pequeña en una carga demasiado grande, como cuando se diseña un sistema de respaldo de corta duración para toda la casa.

El panel inteligente de Lumin añade la inteligencia necesaria para disminuir la carga máxima coincidente, por ejemplo, permitiendo al cliente utilizar un calentador de agua eléctrico de depósito sólo cuando el aire acondicionado o la lavandería están desconectados. Sin esa inteligencia, las cargas deben sumarse al determinar la capacidad de salida del inversor, lo que aumenta el tamaño mínimo del banco de baterías. El código eléctrico exige que los sistemas de alimentación de reserva sean capaces de alimentar de forma fiable el sistema que alimentan, por lo que añadir un control de carga inteligente a una vivienda permite conectar una mayor parte de la carga al sistema de alimentación de reserva. Y las ventajas se extienden al funcionamiento conectado a la red, ya que permite que las mismas cargas coincidan mejor con las tarifas fuera de hora punta, así como con las horas de producción solar. En resumen, añadir el control de la carga a la energía solar más el almacenamiento da como resultado un sistema completo de gestión de la energía.

kWh Capacidad de almacenamiento

Aunque el hogar medio de EE.UU. consume 11 MWh de energía al año, la cantidad real varía significativamente en función de la ubicación, el tamaño de la vivienda y si ésta es 100% eléctrica o no. En general, se necesita un mínimo de 2 kwh de almacenamiento por cada 1 kW de capacidad de salida del inversor de baterías, aunque esta proporción puede reducirse con sistemas de comunicación de baterías de "bucle cerrado", así como con un control inteligente de la carga, sobre todo en los sistemas residenciales más grandes. Gestionar la carga de forma inteligente puede suponer una diferencia de más de diez mil dólares en el dimensionamiento mínimo del banco de baterías para grandes sistemas residenciales de respaldo de toda la casa.

Los clientes con presupuestos limitados deben saber que un inversor de 8 kW no puede alimentar una unidad de aire acondicionado de 10 kW. Aunque la unidad sólo consuma 3 kW durante el funcionamiento normal, si tiene una potencia nominal de 10 kW, en algún momento consumirá 10 kW (por ejemplo, al descongelar la unidad interior durante los periodos de mayor uso en verano). Incluso si se apilan dos inversores de 8 kW para proporcionar 16 kW de potencia, puede ser fácil sobrecargar un panel de reserva. Los depósitos de agua caliente suelen tener 8 kW, por lo que un depósito de agua caliente y una unidad central de aire acondicionado no podrían compartir un panel de reserva de 16 kW sin instalar un gestor inteligente de la energía. Para evitar un proyecto costoso, el cliente debe priorizar las cargas críticas en lugar de buscar la alimentación de toda la casa, pero la gestión inteligente de la carga permite conectar más cargas al panel de cargas críticas sin sobrecargar el inversor. Aunque la mayoría de los clientes desean tener facturas de electricidad cero y una capacidad 100% aislada de la red, la mayoría de los hogares solares consumen 30 kwh de electricidad al día, ¡o más! La mayoría de los hogares aislados de la red también necesitan varios días de almacenamiento. Sin embargo, la mayoría de los sistemas de almacenamiento de energía domésticos conectados a la red están pensados para cortes de corta duración, o de mayor duración con cargas reducidas. Un gestor de energía inteligente puede equilibrar la demanda del cliente para la mayor cantidad de dispositivos protegidos en el circuito de reserva, a la vez que permite tamaños de batería más pequeños y asequibles.

Instalación exterior o interior

Las baterías pueden degradarse por la exposición a la humedad, el polvo y las temperaturas extremas. Sin embargo, las limitaciones de espacio pueden obligar a instalar las baterías en el exterior. Por suerte, el almacenamiento de energía doméstico puede instalarse tanto en interiores como en exteriores.

Cuando se instala en el exterior, es importante tener en cuenta la clasificación medioambiental de la propia batería. Aunque los instaladores deben hacer lo posible para proteger la batería, una clasificación IP65 significa que la batería puede tolerar salpicaduras directas de agua y ser instalada en un lugar polvoriento. Cuando se instala en interiores, los lugares protegidos dentro del garaje pueden ofrecer un acceso fácil para las baterías más grandes, mientras que las baterías más pequeñas son más flexibles para el montaje en pared en lugares de difícil acceso, como los sótanos.

Coste de la batería doméstica

Sabemos que a veces el coste por Kwh puede primar sobre los demás beneficios y aspectos del almacenamiento doméstico en baterías: explique qué debe tenerse en cuenta a la hora de determinar los costes frente a lo que aporta el producto.

El coste de las baterías de litio puede estimarse basándose en las hojas de especificaciones, pero otros valores a tener en cuenta a la hora de comprar una batería son la garantía y el soporte técnico. La mayoría de los instaladores solares confían en que nunca se haga uso de la garantía de los módulos solares, ya que activarla puede ser un engorro logístico. Pero el presupuesto de la tecnología de almacenamiento en baterías puede ser más del doble del coste de los paneles solares, comparativamente. Considere la posibilidad de llamar por teléfono al departamento de asistencia técnica del fabricante de la batería antes de iniciar el proyecto, para realizar una evaluación rápida del diseño propuesto y valorar el nivel de servicio que recibirá si alguna vez necesita activar la garantía de la batería. La capacidad de servicio de la propia batería también puede ser importante. Si falla un componente del sistema de gestión de la batería, ¿puede repararlo un instalador sobre el terreno o tendrá que enviar toda la batería al fabricante? Recuerde que una garantía de diez años requiere un fabricante que ofrezca un tiempo de respuesta rápido a los problemas de servicio.

Eficiencia energética

Las baterías de plomo-ácido son demasiado costosas para los ciclos diarios, debido a su ineficiencia operativa. El litio es una tecnología más eficiente, con pérdidas asociadas a la carga y descarga inferiores al 2%. Curiosamente, la eficiencia en un sistema aislado de la red no es increíblemente importante, ya que se necesita una cantidad excesiva de producción y capacidad de almacenamiento de energía en el hogar para alimentar el sistema de forma fiable. La eficiencia es mucho más importante para las baterías de uso diario conectadas a la red, porque la economía del sistema es más importante.

Selección de un sistema de almacenamiento doméstico

Nunca ha habido tantas opciones para la química de las baterías o el diseño del almacenamiento de energía doméstico. El plomo-ácido, el pilar histórico de los sistemas de baterías sin conexión a la red, se enfrenta a la dura competencia de múltiples químicas de baterías de litio. Mientras tanto, las nuevas aplicaciones de baterías conectadas a la red ya han eclipsado el tamaño del mercado de los sistemas aislados. Dado que las baterías son la parte más cara de una batería solar residencial y que los nuevos productos se desvían del diseño tradicional sin conexión a la red, es importante comprender las distintas opciones de diseño para satisfacer las expectativas del cliente dentro del presupuesto del proyecto. Estos son algunos de los principales factores que hay que tener en cuenta.

1. Tecnología de baterías de iones de litio

Las baterías de litio hierro fosfato se están convirtiendo en un estándar de almacenamiento en la industria debido a su mayor longevidad y seguridad en comparación con la generación anterior de baterías de litio cobalto. Los propietarios de viviendas que deseen tranquilidad en cuanto a la seguridad contra incendios, así como una batería que pueda utilizarse todos los días con una garantía de 10 años para reducir la factura eléctrica, deberían elegir esta química de batería en lugar del plomo-ácido o el litio-cobalto. Fortress Power, Blue Planet, Discover y Simpliphi son fabricantes populares de estas baterías. Aunque todos estos fabricantes utilizan la química del fosfato de hierro y litio, sus productos pueden diferenciarse aún más por el precio, las garantías de rendimiento en kilovatios hora, la calidad del sistema de gestión de la batería, la clasificación de las carcasas, la logística de la cadena de suministro y la disponibilidad de asistencia técnica.

En comparación con otros productos químicos, una batería de litio hierro fosfato ofrece los siguientes valores:

• Eficacia: La carga y descarga de la batería tiene una eficiencia de ciclo total del 98% mientras se carga y descarga rápidamente en intervalos de tiempo de menos de 2 horas - o incluso más rápido para una vida reducida.
• Capacidad de almacenamiento: Los paquetes de baterías individuales de litio hierro fosfato pueden superar los 18 kilovatios hora, lo que puede reducir o eliminar el balance adicional del material del sistema utilizado para combinar las baterías entre sí. Pero también existen baterías más pequeñas para sistemas de baterías portátiles.
• Coste de la batería: El litio hierro fosfato tiende a costar más que el litio cobalto, pero normalmente tiene un coste de ciclo más bajo debido a su mayor longevidad.

2. Almacenamiento de baterías de plomo-ácido

Las baterías de plomo-ácido han sido la tecnología tradicional de almacenamiento de baterías domésticas para vivir sin conexión a la red con varios días de almacenamiento, pero tienen una vida útil más corta y su uso es más costoso que el de las baterías de litio. Hay una amplia selección de baterías de plomo-ácido disponibles a diferentes precios, de fabricantes como Hawker, Crown, Trojan, Rolls y Deka.

He aquí algunas características comunes:

• Eficacia: Las baterías de plomo-ácido son menos eficientes que las de litio. Aunque la eficiencia depende de la velocidad de carga, suele asumirse una eficiencia de ida y vuelta del 85%.
• Capacidad de almacenamiento: Las baterías de plomo-ácido están disponibles en distintos voltajes y tamaños, pero pueden pesar entre 2 y 3 veces más que las de litio-hierro-fosfato por kilovatio-hora, dependiendo de la calidad de la batería.
• Coste de la batería: Las baterías de plomo-ácido son un 75% más baratas que sus equivalentes de litio-fosfato de hierro, pero no te dejes engañar por su menor coste. Las baterías no pueden cargarse o descargarse rápidamente, tienen una vida útil más corta, carecen de sistemas de gestión de baterías de protección y pueden requerir un mantenimiento semanal. Esto se traduce en unos costes totales por ciclo más elevados de lo que resulta práctico para reducir una factura eléctrica o soportar cargas pesadas de electrodomésticos.

3. Sistema de almacenamiento acoplado a CA

Los sistemas de almacenamiento acoplados a CA son aquellos en los que el campo solar tiene un inversor separado de la batería. Puede ser una gran solución para reequipar viviendas con paneles solares que carecen de un inversor. Aunque el acoplamiento de CC tiene sus ventajas (y puede realizarse junto con el acoplamiento de CA), una de las ventajas del acoplamiento de CA es que la vivienda puede utilizar la potencia combinada del campo solar y el inversor de la batería durante el día. Sol-Ark, Schneider, SMA, Outback y Magnum fabrican inversores compatibles con configuraciones de acoplamiento de CA.

Estos inversores de batería comparten lo siguiente:

• Eficiencia: La eficiencia de los inversores de batería oscila entre el 93% y el 97%, dependiendo de si el inversor incluye o no un transformador. Aunque los inversores sin transformador son más eficientes y menos costosos, un transformador puede ser útil para regular la calidad de la energía en sistemas aislados de la red.
• Capacidad de almacenamiento: Muchos de los sistemas anteriores son "apilables", lo que significa que los inversores pueden gestionar cientos de kilovatios hora de almacenamiento y combinarse para dar servicio incluso a grandes cargas eléctricas comerciales. El banco de baterías suele estar dimensionado para hacer funcionar el inversor a plena capacidad durante dos horas, por lo general.
• Coste del inversor: Los inversores de batería cargan y descargan, mientras que los inversores solares sin batería sólo impulsan la energía en una dirección (hacia fuera del campo solar). Esto significa que los inversores con batería cuestan casi el doble que los inversores solares. Algunos inversores de batería son "todo en uno", que combinan el campo solar y la batería, lo que puede suponer un ahorro de costes en las nuevas construcciones.

4. Sistemas de baterías acopladas en CC

Los sistemas de baterías acoplados a CC utilizan reguladores de carga de CC para cargar las baterías desde el campo solar, en lugar de inversores acoplados a CA. Éste ha sido el método tradicional de carga de la energía solar no conectada a la red. Dado que los reguladores de carga se conectan directamente entre el campo solar y la batería, ésta puede cargarse sin el inversor, lo que resulta útil si la batería se descarga hasta el punto de no poder alimentar el inversor para iniciar un proceso de carga de CA. Aunque también se puede utilizar un generador de reserva para evitar este escenario, el acoplamiento de CC sigue siendo popular por su simplicidad tradicional. También puede utilizarse junto con el acoplamiento de CA. Los controladores de carga son fabricados por Morningstar y Midnite, así como por los fabricantes de inversores de baterías Schneider, Outback y Magnum.

Los sistemas acoplados de CC pueden ser útiles para:

• Eficiencia: Los controladores de carga tienen eficiencias de hasta el 99%, por lo que estos sistemas de baterías suelen ser más eficientes energéticamente que las soluciones acopladas a CA
• Capacidad de almacenamiento: Aunque la mayoría de los reguladores de carga pueden gestionar baterías de almacenamiento domésticas de distintas capacidades, puede ser difícil encontrar un regulador de carga que cumpla las especificaciones de diseño de 600 V de la mayoría de los paneles solares residenciales, que luego se convierten a la capacidad de 48 V de la mayoría de los bancos de baterías residenciales.
• Coste del regulador de carga: Técnicamente, los reguladores de carga deberían ser más baratos que los inversores solares, lo que implica que el acoplamiento de CC es más barato que el de CA. Sin embargo, los fabricantes de inversores solares tienen mayores volúmenes de producción que los fabricantes de reguladores de carga, por lo que el coste real de cualquiera de las dos opciones es aproximadamente el mismo o se convierte en una cuestión de preferencia del instalador. Los inversores de baterías "todo en uno" contienen reguladores de carga integrados, por lo que suelen ser la opción más barata para una batería solar.

¿Qué acumulador residencial es mejor para su hogar?

Independientemente de si el sistema utiliza acoplamiento de CA o CC (o ambos), las baterías de litio son el claro líder del mercado de sistemas de almacenamiento de energía conectados a la red y están sustituyendo a las baterías de plomo-ácido también en instalaciones aisladas de la red. Aunque el bajo coste de las baterías de plomo-ácido puede ser tentador, su rendimiento inferior con cargas pesadas y estados de carga bajos puede provocar problemas de calidad de la energía y de mantenimiento, creando problemas a los propietarios de viviendas precisamente cuando más se necesita la electricidad.

Los usuarios que no están conectados a la red y que han tenido mucho éxito con los grandes bancos de baterías de plomo-ácido deberían considerar las ventajas de las baterías más pequeñas de litio-fosfato de hierro y aprovechar los generadores de reserva cuando el tiempo está nublado. Pero los propietarios de viviendas conectadas a la red que deseen un funcionamiento sin mantenimiento, facturas eléctricas más bajas y una garantía de 10 años encontrarán una mejor opción en las baterías de litio-hierro, aunque deban ser selectivos a la hora de seleccionar las cargas de respaldo para cortes de red de corta duración.

Fortress Power es uno de los principales fabricantes de baterías de almacenamiento de energía del mundo, apasionado por el almacenamiento de energía limpia, fiable y de alta calidad.